Создание биопрепаратов по требованию: просто добавьте воды
Исследователи из MIT и других институтов создали крошечные лиофилизированные гранулы, содержащие весь молекулярный аппарат, необходимый для трансляции ДНК в белки. Это может стать основой для производства лекарств и вакцин по требованию.
Гранулы, содержащие десятки ферментов и других молекул, извлеченных из клеток, можно долго хранить при комнатной температуре. При добавлении воды и лиофилизированной ДНК гранулы начинают производить белки, закодированные в этой ДНК.
"Это модульная система, которую можно запрограммировать на производство того, что вам нужно, прямо на месте", — говорит Джеймс Коллинз, старший автор статьи в Cell. "Вы можете иметь сотни различных ДНК-гранул, которые можно использовать в полевых условиях".
Эти гранулы диаметром в несколько миллиметров легко могут носить с собой солдаты, астронавты или медработники в удаленных районах.
Бесклеточный синтез
В новой работе исследователи убрали бумагу из уравнения: клеточные экстракты просто лиофилизируются в гранулы, которые остаются стабильными как минимум год. Чтобы активировать производство белка, исследователи добавляют воду для регидратации гранул вместе с лиофилизированной ДНК, кодирующей нужный белок.
Этот подход может быть полезен для получения широкого спектра продуктов, включая как лекарства, так и молекулы для диагностики заболеваний. В исследовании для Cell ученые произвели:
- Небольшие белки, которые можно использовать в качестве вакцины против дифтерии.
- Антимикробные пептиды для борьбы с бактериальными инфекциями.
- Ферменты, формирующие многоступенчатый метаболический путь для синтеза сложного препарата виолацеина, обладающего противораковой и антибиотической активностью.
Для диагностических применений гранулы использовали для производства нескольких типов антител, включая антитело, способное обнаруживать бактерию Clostridium difficile.
Простое хранение
Этот подход может оказаться проще, чем использование живых клеток, поскольку лиофилизированные компоненты легко хранить и транспортировать без охлаждения.
"Коллинз и его коллеги рисуют будущее, где лиофилизированные бесклеточные платформы можно использовать для синтеза терапевтических средств, вакцин и биохимикатов по требованию, без необходимости в холодовой цепи", — говорит Майкл Джуэтт из Северо-Западного университета.
Коллинз предполагает, что эта технология будет полезна в самых разных условиях: от полевых наборов для медработников в развивающихся регионах и военных миссий до образовательных наборов — "биотехнологического эквивалента химического набора".
Еще одно потенциальное применение — интеграция гранул в "умные повязки", которые будут обнаруживать инфекцию и затем начинать производить соответствующий антимикробный пептид для ее лечения.